1. Образование карбамоилфосфата

Образование карбамоилфосфата в отличие от синтеза мочевины происходит в цитозоле большинства клеток организма.

2. Образование пиримидинового кольца

Формирование пиримидинового кольца происходит после присоединения аспартата и реакций дегидратации и окисления. Первым пиримидиновым основанием является оротовая кислота.

3. Синтез оротидинмонофосфата и уридинмонофосфорной кислоты

В реакции с фосфорибозилдифосфатом (ФРДФ) к оротовой кислоте присоединяется рибозо-5-фосфат и образуется оротидилмонофосфат, при декарбоксилировании превращающийся в уридинмонофосфат (УМФ).

Источником фосфорибозилдифосфата является первая из двух реакций синтеза фосфорибозиламина при образовании пуринов (посмотреть).

Синтез уридинмонофосфата

4. Синтез уридинтрифосфата

Синтез УТФ осуществляется из УМФ в 2 стадии посредством переноса макроэргических фосфатных групп от АТФ.

Синтез УТФ

5. Синтез цитидинтрифосфата

Образование цитидинтрифосфата (ЦТФ) происходит из УТФ с затратой энергии АТФ при участии глутамина, являющегося донором NH₂-группы.

Синтез ЦТФ

Синтез дезоксирибонуклеотидов происходит в три реакции

Особенностью обмена пуринов и пиримидинов является то, что они могут образовывать не только рибонуклеотиды, но и дезоксирибонуклеотиды.

Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты необходимы клетке для синтеза ДНК. Их образование протекает в три реакции, первая и третья реакции просты и понятны. Главные события происходят во второй реакции.

Все три реакции синтеза дезоксирибонуклеотидов

1. Реакция дефосфорилирования

В самом начале процесса происходит потеря рибонуклеозидтрифосфатами одной фосфатной группы и образуются АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ.

2. Реакция восстановления

Во второй реакции фермент рибонуклеозид-редуктаза восстанавливает АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ додезоксирибонуклеозиддифосфатов dАДФ, dГДФ, dЦДФ, dУДФ. Донором водорода для восстановления рибозы является белок тиоредоксин, его SH-группы окисляются кислородом рибозы и образуется вода. Последующее восстановление тиоредоксина в рабочее состояние обеспечивается за счет НАДФН.

Механизм реакции синтеза дезоксирибонуклеотида

3. Реакция фосфорилирования

После образования dАДФ, dГДФ, dЦДФ фосфорилируются, а dУДФ используется для синтеза тимидилового нуклеотида.

Синтез ТТФ идет особым образом

Три дезоксирибонуклеотида – dАТФ, dГТФ, dЦТФ сразу после синтеза используются для синтеза ДНК.

Однако известно, что в составе ДНК нет уридиловых нуклеотидов, поэтому dУДФ не превращается в dУТФ, а идет на образование тимидилового нуклеотида. Участие в этом принимает фермент тимидилатсинтаза. Донором метильной группы является N⁵,N¹⁰-метиленТГФК.

Реакция синтеза ТМФ

Далее тимидилмонофосфат в фосфотрансферазных реакциях фосфорилируется с образованием тимидилтрифосфата ( ТТФ).

Реакции фосфорилирования тимидиловых нуклеотидов

Ресинтез N⁵,N¹⁰-метиленТГФК

Важным элементом реакции синтеза ТМФ является участие N⁵,N¹⁰-тетрагидрофолиевой кислоты в качестве источника метильной группы. После реакции остается дигидрофолиевая кислота, которую необходимо вернуть в исходную форму. В этом процессе участвуют два фермента: дигидрофолатредуктаза и серин-оксиметилтрансфераза (см также):

Реакции ресинтеза N⁵,N¹⁰-тетрагидрофолиевой кислоты

Синтез пиримидинов строго контролируется

Физиологическая регуляция

Регуляция синтеза пиримидинов (пиримидиновых нуклеотидов) происходит по механизму обратной отрицательной связи, т.е. продукт реакции (совокупности реакций) ингибирует начальные этапы процесса. Для синтеза пиримидинов такими ингибиторами являются УТФ и ЦТФ. ЦТФ ингибирует аспартаткарбамоилтрансферазу, УТФ – карбамоилфосфатсинтетазу.     

Одновременно синтез пиримидинов отрицательно регулируется также пуриновыми нуклеотидами АМФ и ГМФ. 

Тимидилатдифосфат (ТДФ), в свою очередь, блокирует синтез ФРДФ , который используется как при синтезе пиримидинов, так и при синтезе пуринов.